[发明专利]用于从气冷快堆产生能量的设施

说明书

技术领域

本发明涉及第四代核反应堆，特别是被称为GFR（代表气冷快堆（gas-cooled fast reactor））的反应堆。本发明更特别地涉及这种反应堆在意外情况下的冷却。

所谓“快堆”是利用了不减慢由核反应堆释放的中子的速度且不包括慢化剂（moderator）的冷却剂的反应堆。

背景技术

图1描述了电力产生设施，其来自在论文“CATHARE SIMULATION OF TRANSIENTS FOR THE 2400 MW GAS FAST REACTOR CONCEPT”（the conference Proceedings of ICAPP’09,Tokyo,Japan,10-14 May 2009,P 9378）所研究的一类联合间接循环GFR。一回路10（以纯氦作为冷却剂）经过核反应堆12的核芯并经由换热器14。通过电力供应的风机16（其置于回路中，且在换热器14的出口和反应堆12的入口之间），氦被被保持循环流动。氦处于大约70bar的压力下。

这种类型的间接循环反应堆不同于直接循环反应堆，原因是它的一回路不包括涡轮机。一回路只是用于将热量从堆心12传送至换热器14这一目的，其促进反应堆和一回路的部件的封闭，从而限制了活化作用的风险以及因进水口和涡轮机叶片的损失造成的凝结（missiles）的风险。

二回路17（其以氦和氮的混合物作为冷却剂基础）相继地经过换热器14、汽轮机18、第二换热器20和压缩机22。涡轮机18和压缩机22装配在同一轴24上，所述轴24还驱动交流发电机26。

氦和氮的混合物包括50%至70%体积分数的氦，其余为氧。混合物的压力在涡轮机18的入口处大约为65bar，在涡轮机18的出口处大约为40bar。

三回路28（其基础为蒸汽状态和液态的水）相继经过换热器20、蒸汽涡轮机30和泵32。蒸汽涡轮机驱动交流发电机36，从而完成交流发电机26的发电。联合间接循环（combined indirect cycle）由于这样双重的发电来源而得名。

在交流发电机26和36的水平下所产生电量的分配分别为1/3和2/3。

该设施具有应急冷却系统38。基于氦的应急一回路40经过反应堆12、换热器42以及风机44。在正常运行下，该应急一回路被阀46切断，风机44被关闭。基于水的应急二回路48经过换热器42，且在装满水的水槽50中。总之，提供了若干冗余的应急系统。

反应堆12和一回路10和40被置于内安全壳52中，内安全壳52本身置于外安全壳（未示出）中。内安全壳被设计成在出现裂口后保证足够的回降压力(fall-back pressure)（约5-10bar），外安全壳被设计成容纳任何可能被反应堆激活而向外泄漏的元件。

在发生影响反应堆一回路的事故的情况下，例如反应堆入口处的管道出现裂口，内安全壳和一回路的压力变得相等。内安全壳的压升被检测到，通过将控制棒插入堆芯中使得反应堆关闭。主回路的所有电气线路被关闭，原因是其耗费大功率且因而由发电系统供电，然而应急冷却系统38其本身是低功率的，因此被假定为能够被独立的电源（发电机组或电池）支持。控制棒立即停止核反应，但是反应堆中继续产生残留的热量且需要被去除。应急冷却系统的阀46打开，风机44被打开。残留的热量因而被氦回路38、换热器42和水回路48导出至水箱50。

因此在出现事故时，这种设施需要执行一定数量的操作。这些操作自然可以是自动化的，但是它们带来了故障的风险，相关的元件和操作的数目越大该风险越大。

由于需要依靠正常情况下始终不被使用的应急冷却设施，故障的风险被增大。为了限制该风险，需要对冷却设施进行定期检查和维护操作，因而增大了运行成本。

发明内容

可以看出，必须为气冷堆提供几乎不需要维护、不会对可靠性造成致命影响的应急冷却系统。

为了满足这个要求，提供了包括一回路和二回路的一种发电设施，一回路包括经过核反应堆、第一换热器和风机的气体。二回路包括不可冷凝气体，其经过第一换热器，并经过安装在同一轴上的涡轮机和压缩机。风机由前述的轴驱动。一回路和二回路中的气体有相同的性质，二回路中的压力由一回路的压力自动调节。

附图说明

从下面的仅用于非限制性例子的目的，并以附图的方式进行阐述的具体实施例的描述中可以看出，其他的优势和特性更加明显。

图1如前所述代表具有联合间接循环GFR核反应堆的传统设施。

图2示意性地代表具有自发应急冷却能力的GFR设施；